城市低有机质污泥的好氧堆肥研究

城市低有机质污泥的好氧堆肥研究第 22卷第 13期 2006年 7月中国给水排水 CHINA WATER & WASTEWA|rER V0l_22 No．13 Ju1．2006 城市低有机质污泥的好氧堆肥研究张勤，姚天举，胡坚，喻一萍，陈恒宝，许立群 (1．重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045；2．镇江市给排水管理处，江苏镇江 212000) 摘要：针对低有机质含量污泥和难降解调理剂混合堆肥时因发热量不足而易导致堆肥失败的问题，利用草...

第 22卷第 13期 2006年 7月中国给水排水 CHINA WATER & WASTEWA|rER V0l_22 No．13 Ju1．2006 城市低有机质污泥的好氧堆肥研究张勤，姚天举，胡坚，喻一萍，陈恒宝，许立群 (1．重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045；2．镇江市给排水管理处，江苏镇江 212000) 摘要：针对低有机质含量污泥和难降解调理剂混合堆肥时因发热量不足而易导致堆肥失败的问题，利用草坪碎屑作为污泥堆肥的调理剂，考察了添加草屑发酵物后低有机质污泥的好氧堆肥效果。结果表明，草屑发酵后可转化为易被微生物利用的外加碳源，有利于低有机质污泥的堆肥；将发酵青草按 1：5的质量比加到低有机质污泥中，混合后在强制通风条件下进行好氧堆肥，能使污泥堆肥温度升至55℃，并维持 3 d以上，使污泥达到无害化和稳定化；对腐熟后的污泥进行植物栽培试验，证明了其可作为有机肥使用，并具有良好的效果。关键词：低有机质污泥；发酵青草；好氧堆肥；腐熟度中图分类号：X703．1 文献标识码：C 文章编号：1000—4602(2006)13—0094—04 Study on Aerobic Composting of Low Organic Sludge ZHANG Qin ， YAO Tian—ju ， HU Jian ， YU Yi—ping ， CHEN Heng—bao ， XU Li—qun (1．Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Region’S Eco—Environment，Chongqing University，Chongqing 400045，China；2．Zhenfiang Department of Water Supply and Drainage，Zhenfiang 212000，China) Abstract： The sludge can not be composted successfully because of the lack of organic matter． The effects of aerobic composting were studied by using green grass as the conditioner．The results show that it is favorable for composting of low organic sludge when green grass translates into organic matter by microorganism fermentation．The temperature reaehes 55 ℃ rapidly and lasts for over 3 days when the forced aeration composting technique is used for disposing low organic sludge and fermented grass mixed with the ratio of 1：5．This technique can kill pathogenic bacteria and stabilize the sludge．The test of culture of flowers shows that the matured sludge can act as effective organic fertilizers． Key words： low organic sludge； fermented grass； aerobic composting； maturity 污泥中常含病原菌、寄生虫卵、重金属及某些难降解有机毒物，堆放与排放未经处理的污泥必会对环境造成二次污染，常规的污泥堆肥处理可杀灭绝大多数细菌和病毒。但低有机质污泥堆肥靠自身发热难以维持 3 d以上的高温，因此对污水处理厂的低有机质污泥的处理处置显得十分重要。为此，笔者在镇江某污水处理厂进行了多次试验，旨在找到使低有机质污泥堆肥成功的技术方法。基金项目：镇江市与“两院两校”科技合作项目；镇江市科学技术社会发展指令性项目(SH2004006) · 94· 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 l3期张勤，等：城市低有机质污泥的好氧堆肥研究第22卷 1 试验装置与方法 1．1 低有机质污泥堆肥调理剂的选择有研究表明，高温好氧堆肥污泥的有机质含量为20％～80％时，采用常规堆肥方法即可成功。由于笔者试验所在污水处理厂的污泥属于低有机质污泥 J，仅靠其自身堆肥往往不能成功，需要添加易被微生物利用的、简单易得的、经济可行的碳源，即通常所说的“调理剂”。该污水厂地处荒岛，对外交通不便，外购调理剂不经济；考虑到厂内有大面积的高羊茅草坪，而高羊茅又含有丰富的营养成分，故将其作为堆肥调理剂既经济又实用、简单、可行。草坪碎屑的主要有机成分为纤维素、半纤维素，属不溶于水的大分子有机物，短期内不能被微生物利用，只有将其转化为易溶、易被微生物利用的简单有机物后才能用于堆肥。将收割的青草碎屑逐层压实装满塑料袋，排除空气后扎紧袋口，堆放使之发生厌氧发酵。20 d后打开袋口能闻到酸奶味或醇香味，此时草屑变成固态的发酵青草和液态的发酵液。草屑经发酵处理后，不仅能产生溶解在发酵液里的游离氨基酸、有机酸，同时还能使粗纤维软化，易于被堆料中的微生物转化利用。 1．2 试验装置试验装置见图 1。图 1 堆肥试验装置 Fig．1 Schematic diagram of experimental set—up 该反应器为 120 L的塑料桶，上部有带排泄废气小孔的保温盖，桶底的通气孔通过直径为 50 mm 的UPVC管道与鼓风机相连，插入桶内的通气管以 40 mill的间距均匀分布着直径为 10 mm的布气孔。 1．3 堆肥材料污泥取自该厂脱水机房，锯末购自镇江某家具厂，发酵草屑由污水厂草坪碎屑经厌氧发酵自制而成。由于堆肥污泥的最佳含水率为 50％～60％，而 · 95· 发酵草屑的含水率过高，所以利用太阳能将一部分脱水污泥风干 j。堆肥原料特性见表 1。表 1 堆肥原料特性 Tab．1 Characteristics of compost ma terial 含水率有机质含 C0D／堆肥物料 c／N (嚷 ·g。。，％量／％绝干 ) 脱水污泥 (风干) 64(5O) 25 9：l 28．2 发酵草屑 70 98．1 (200～400)：1 12．56 锯末 21．36 91．26 (300～900)：1 1．4 试验方法试验分为 3组：试验 1直接用脱水污泥堆肥，锯末作为调理剂，锯末的作用是调整堆料的含水率、孔隙和 C／N值，混合均匀后装桶；试验 2、3加入不同质量的发酵草屑来调整风干污泥的含水率、孔隙和 C／N值，将污泥与调理剂充分混合后装桶堆肥。堆肥过程中由风机强制通风，根据堆体温变速率来手动调整转子流量计控制风量。在升温阶段逐步加大风量使升温速率 >0．3~C／10 min，以保证微生物的生长处于理想状态；在降温阶段则减小风量使降温速率 <0．4℃／h以维持高温状态。堆肥结束后将污泥自然堆放，使堆体逐渐达到腐熟。 2 试验结果与分析 2．1 堆体的温度变化温度变化反映了堆体内微生物’活．f生变化和堆肥所达到的状态，各试验条件下堆体温度变化如图2所示。 80 70 60 50 40 30 20 10 0 8 24 40 56 72 88 104 120 136 152 t／h 图 2 不同调理剂下混合堆肥的温度变化 Fig．2 Variation of temperature of composted sludge witl1 different conditioner 由图 2可知，添加不同比例发酵草屑的堆体 (试验 2、3)升温顺利，仅需 1 d就可达55℃以上的高温，并能维持 3 d以上；而添加锯末的堆体(试验维普资讯 http://www.cqvip.com 第13期中国给水排水第22卷 1)升温速度缓慢，其最高温度 <40 oC，不能达到堆肥所需温度，表明发酵草屑在堆肥中起着重要作用。这是因为发酵草屑中含有的游离氨基酸和有机酸等易被堆体内的微生物利用，加之发酵青草内已有大量的微生物，使堆体内的微生物得以大量繁殖，所以升温迅速；当堆体达到高温后，其内的高温菌能够继续利用发酵草屑和污泥中的易分解有机质和难分解段后温度平缓下降，说明堆体继续稳定放热。这表明发酵草屑在堆肥中既可增加污泥中的有机质含量，又可利用发酵青草的蓬松性来调整堆体的孔隙，并为高温菌的快速增长提供易于吸收的营养物。 2．2 热量衡算对 3次堆肥前、后的堆体质量、含水率和有机质含量分别进行测定，计算堆体有机质的分解率。堆有机质，使高温段得以维持。由图2还可看出，高温肥前、后物料特性见表2。表 2 堆肥前、后物料特性 Tab．2 Characteristic of compost material before and after composting 污泥(调理堆体含堆体堆后质量堆后含堆后有机有机质分试验编号剂)质量／kg 水％ C／N值／kg 水％质／％解％ 1 85(16) 56 20：1 96 54 23．2 8．1 2 85(15) 53．1 16：1 76 48 18．9 32 3 85(25) 55 18：1 82 51 17．4 35 参照德国学者 Loll测得的污泥稳定产热量(为 l4．7 kJ／gCOD)来换算发酵草屑中有机物的热能，即草屑反应放热量 =14．7×ACOD；污泥的反应热采用李艳霞的公式进行计算。根据表 2数据以及图 1 中各试验的最高温度，并以环境温度为 l0℃计，对各试验堆肥过程作近似热量衡算，结果见表3。表3 堆肥热量衡算 Tab．3 Thermal balance during composting 10 kJ 试验反应放蒸发散热量堆体升温编号热量热量吸热量 1 0．48(0) 0．07 0．05 0．36 2 1．49(0．009) 0．29 0．46 0．74 3 1．69(0．012) 0．42 0．45 0．82 注：括号内数值为外加有机质的放热量。由表3可知，各试验外加调理剂释放的热量占堆肥总放热的比例很小，从热量释放角度来看，它不足以影响堆肥成败，但是不同调理剂的添加对堆肥效果的影响很大。这是因为试验 1中堆体温度较低，其内的微生物以低温菌和中温菌为主，而低温菌和中温菌不能以锯末为营养物，只能消耗堆体中的易分解有机质，且释放的热量始终未达到高温菌的生长启动条件，故堆肥失败。而在试验 2、3中由于加入的都是易被微生物利用的有机质，能有效改变堆体的 C／N值，虽然发酵草屑的有机质分子链短，分解产生的热量低，但释放出大量易于合成细胞的有机碳，使微生物能够大量繁殖。由于低温菌和中温菌迅速释热，升至高温段后高温菌迅速取得优势，并开始利用难分解有机质 · 96· 维持高温段，故堆肥取得成功。 2．3 堆肥腐熟度 2．3．1 物理、化学指标堆肥结束后，其产品具有泥土气息，呈现均匀的疏松团粒结构，颜色为深褐色。由于堆肥时堆体中的有机质可分解为二氧化碳、水和稳定的有机质，故以有机质的 COD来表征其腐熟度。结合表 1、2可计算出试验 3堆肥后的 COD为9．88 mg／g绝干，而堆肥中污泥有机质分解率为 35％左右，即35％的已分解有机质消耗掉了 65％左右的 COD，表明在自然堆放条件下该堆肥产品已经稳定。 2．3．2 种子发芽指数取堆肥结束 10 d和二次发酵 1个月后的物料，以蒸馏水浸提风干的腐熟产品，该产品和蒸馏水以 1：10的比例混合，在康氏振荡台上振荡 24 h，静置 1 h后用慢速滤纸过滤。将滤液水中加入蒸馏水，按滤液蒸馏水(质量分数)值为0．1、0．25、0．50、 1配制培养液。各取培养液 l0 mL倒人培养皿中，放人一张滤纸后再放人 50粒高羊茅种子，在 20℃ 室温下培养 24 h后观察种子发芽情况，5 d后高羊茅种子发芽试验结果见表4。由表 4可见，刚刚发酵结束而没有进行腐熟的肥料对种子有较强的抑制作用，这种堆肥不能直接施人绿地，否则会对植物造成损害，而在添加 25％的腐熟后堆肥水浸提液下高羊茅种子具有很高的发芽指数。这表明腐熟后的堆肥和未经腐熟的堆肥对维普资讯 http://www.cqvip.com 第 13期张勤，等：城市低有机质污泥的好氧堆肥研究第22卷种子发芽指数影响很大，发芽指数 >50％的堆肥为可接受的腐熟度。表 4 不同堆肥物料下种子发芽指数试验 Tab．4 Seed germination index with compost material ％滤液水／蒸馏水堆肥情况蒸馏水对照组 0．1 0、25 0，5 1 堆肥结束后 10 d的发芽指数 52 54 47 32 7 堆肥结束后 1个月(堆肥腐熟后)的发芽指数 52 63 90 55 24 2．4 污泥肥效对植物生长的影响污泥在堆肥过程中大部分有机质被降解为类腐殖土的稳定性物质，即部分有机质的相态发生了变化。伴随着微生物的好氧活动，产生的水、气及其他物质也可能使有机质浓度增加或流失。为分析堆肥前、后污泥中营养元素的含量变化，对试验 3堆肥前、后污泥中的营养元素进行了测定，结果见表5。由表 5可以看出，经堆肥发酵周期内微生物的作用，堆肥内有机质的成分均略有下降，相比较而言，氮元素的流失较为严重。将尿素、风干的生污泥和二次发酵1个月后的堆肥产品各取5 kg，敲成细颗粒后分别施人 B、C、D等月季花地，效果见表 6。表 5 堆肥前、后营养元素含量变化 Tab ．5 Nutrition content change before and after composting g·kg l堆肥情况速效P TP 速效 N TN 速效K f堆肥前 0．362 17．5 0．002 4 20．9 1．05 堆肥后 0．346 17．1 O．oo1 5 14．3 0．925 由表 6可知，添加腐熟堆肥后，月季的生长态势最好、持续时间长；而添加生污泥后，月季的生长态势呈长时问病态，表明施用腐熟堆肥产品后种植效果较好，未处理的生污泥具有毒性，不能直接作为肥料使用。表6 腐熟污泥对月季栽培的影响 Tab ．6 Effect of mutured studse on culture of Chinese roge A地 B地 +尿素 C地 +生污泥 D地 +腐熟堆肥时间 (空白对照) (45 g／m。) (2 kg／m。) (2 kg／m ) 长势正常、叶色稍绿、高 1个后枝叶矮小纤细、叶色黄叶子卷曲长势正常、叶色绿度最高长势好、叶色稍绿、叶片新叶卷曲且散布黄斑、生长茂盛、叶色深绿、枝 3个后叶色黄、叶片薄、花期短花色黯淡、开花量少、茎叶肥厚、耐干旱、花瓣娇薄、茎干细小、花期短干最低艳润泽、花期长 3 结论 ① 绿化修剪的枝叶青草富含有机质和植物生长所需营养元素，用它作为低有机质污泥堆肥外加碳源能使堆肥高温段保持 3 d以上，最终实现污泥的资源化、无害化和稳定化，且能解决草屑处置的出路。 ② 发酵草屑和低有机质含量污泥混合堆肥能有效地调理堆体的 C／N值，满足微生物生长条件，使之繁殖迅速，堆料快速升温。 ③ 种子发芽试验表明，未经腐熟的堆肥对植物生长具有抑制作用，而腐熟后则对植物生长有明显促进作用。堆肥结束后需要放置一段时间使物料继续发生腐熟作用，能够消除某些抑制植物生长的物质。参考文献： [1] 唐建国，马远东，李波，等．污水处理厂污泥处理处置 · 97 · 技术介绍[J]．环境保护，2000，2：18—20． [2] 周立祥，张英，占新华，等．苏南地区城市污泥的基本性质及农业利用效果问题与对策[J]．世界科技研究与发展，2000，(S1)：95—100． [3] 张自杰，林荣忱，金儒霖．排水工程 (下册)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000． [4] 蔡兴旺，吴鹏，郎倩，等．生物发酵饲料及其发酵剂的研究[J]．饲料工业，2003，24(12)：37—39． [5] 国家环保总局．水和废水监测分析方法(第 4版) [M]．北京：中国环境科学出版社，2002． [6] 李艳霞，王敏健，王菊思．环境温度对污泥堆肥的影响 [J]．环境科学学报，1999，20(6)：64—65． [7] 蔡建威．堆肥工程与堆肥工厂[M]．北京：机械工业出版社，1990．电话：(023)65121614 E —marl：zhangqin — cq@ sina．com 收稿日期：2006—01—21 维普资讯 http://www.cqvip.com

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